Объектом экспериментальных исследований была принята конструкция ограждения, разделяющая дизельное помещение от кабины машиниста тепловоза. Такой выбор обосновывается тем, что задняя стенка кабины машиниста является основным "изолятором" от воздушного шума со стороны силовой установки и вспомогательного оборудования. Толщина задней стенки на различных тепловозах колеблется в пределах 100-110 мм.
В качестве образца сравнения в экспериментальных исследованиях, принимаем существующую конструкцию задней стенки (рис. 22 . образец j) тепловоза 2ТЭ10Л. Как видно из рисунка, она состоит из листа железа, противошумной мастики, слоя стекловаты, фанеры, слоя капронового волокна и перфолиста. Всего было испытано 6 образцов задней стенки, из них в 5 случаях (образцы 2,3,4,5) вводился новый материал (пенополистирол) в сочетании с существующими теплошумоиэоляционными материалами.
По полученным опытным данным на акустической камере производилась качественная оценка каждого варианта ограждения и на основании этого выбиралась конструкция задней стенки с наилучшей звукоизоляцией.
Акустическая камера дает возможность относительного сравнения отдельных конструктивных решений ограждающих конструкций.
Общий вид стенда представлен на рис. 23,29,
Расчет и выбор данной конструкции установки имеется в литературе .
Построенная в МИИТе камера, выполнена из бетона марки 200, толщиной 60 мм (рис. 23). В качестве опалубки были использованы асбоцементные листы толщиной 5,5 мм. Таким образом общая толщина стенок камеры составила 71 мм.
В плане камера низкого уровня (КНУ) представляет собой пятиугольник, внутренние размеры которого составляют 1,23; 0,83; 1,11; 0,61; 0,55 м. Высота камеры 1,18 м, объем 1,54 м3, что соответствует объему обычной камеры - 192,5м3 (при масштабе моделирования 1:5 соотношение объемов камер соответствует 5м3, т.е. 1,54 . 125 м2).
Камера высокого уровня (КВУ) представляет собой параллелепипед, стены которого непараллельны между собой. Стены выполнены из 2-х слоев древесно-стружечной плиты , склеенных битумной мастикой,КВУ закреплена на консоли и может опускаться и подниматься на КНУ с помощью троса и лебедки. Внутренние размеры стенок КВУ 0,845; 0,68; 0,845; 0,645, высота камеры переменная от 0,755 м до 0,7 м; объем камеры 0,422 м3, что соответствует объему большой камеры 52,75м3. При установке КВУ на КНУ между ними укладываются упругая прокладка из пористой резины У = 10 мм.
Для большей герметизации в листах сопряжения КВУ и КНУ предусмотрены специальные бетонные бортики высотой 50 мм.
КНУ установлена на 24 пружинных амортизаторах, которые специально рассчитаны с учетом веса КВУ.
Размер окна для установки исследуемых материалов составляет 750 х 500 мм.
В камере высокого уровня (КВУ) имеется передающий тракт который состоит из генератора белого шума (3), октавных фильтров (5), усилителя (2) и громкоговорителей). Воспроизводятся октавные полосы звука в диапазоне частот 100 - 8000 гц. (рис. 29),
Камера низкого уровня (КНУ) имеет приемный тракт, состоящий из микрофона (4), шумомера (5"), октавных фильтров ( ). С помощью этого устройства производится
регистрация уровней звукового давления в диапазоне 1008000 гц.
При принятом нами характере и режимах Экспериментальных исследований в процессе измерений звукоизоляции от воздушного шума исходят из предпосылки о наличии диффузного звукового поля в помещениях, разделенных исследуемой конструкцией.
Измерения звукоизоляции перегородок производятся при помощи приемного и передающего трактов.
Исследуемый образец (материал) располагается между КВУ и КНУ. При этом все щели между образцом и местом его постановки тщательно заделываются. Порядок и режимы проведения эксперимента следующие:
- В КВУ при помощи передающего тракта, состоящего из генератора белого шума, октавных фильтров, усилителя и громкоговорителей, воспроизводятся октавные полосы звука при частотах 100, 200, 400, 800, 1600, 3200; 6300 и 8000;
- В КВУ и КНУ с помощью приемного тракта состоящего из микрофона, шумомера, октавных фильтров производится регистрация уровней звукового давления в диапазоне 100-8000 гц. ;
- Все измерения проводятся для трех различных положений микрофона в КВУ и КНУ.
Полученные опытные данные усредняем по объему в КВУ и КНУ между которыми закреплен образец .
Методика обработки экспериментальных данных для получения абсолютных значений звукоизоляции предусматривает возможность моделирования ограждающей конструкции кабины машиниста в масштабе 1:5.
Однако при сложной конструкции стенки, (какой является задняя стенка), включающей в себя слои звукоизоляционных или звукопоглощающих материалов, моделирование сопряжено с большими трудностями.
В нашем случае значительно проще и точнее возможно получение относительных значений звукоизоляции вновь рекомендуемых материалов с существующей в настоящее время конструкцией стенки на тепловозе 2ТЭ10Л. Учитывая вышеизложенное, размеры конструкции стенки могут не моделироваться.
Поэтому для определения значения средней звукоизоляции конструкции от воздушного шума воспользуемся следующей зависимостью
, (26)
где R - средний уровень звукового давления в камере высокого уровня, 30. ;
средний уровень звукового давления в камере низкого уровня, ;
F - площадь исследуемой конструкции ограждения, м2;
А- общее звукопоглощение в КНУ, м3/сек.
Величина А может быть определена по следующей зависимости
мВ/сек, (27)
где У- объем КНУ равный 1,54 м2;
t - время стандартной реверберации, сек.
Значение t- это время, необходимое для снижения уровня звукового давления в КНУ на 6085 и может быть определено по выражению
пек, (2 %)
где Έ - расстояние между основанием наклонной линии и перпендикуляром, опущенным из ее вершины, сек;
1 - скорость движения ленты самописца Неймана,см/сек, 5 - цена деления одной полосы ленты;
П - число полос.
Таблица 3
Стандартное время реверберации позволяет оценивать акустические качества камер и исправлять их акустические дефекты. Этот параметр влияет на общее звукопоглощение А, входящее в формулу (25). Поэтому член(в выражении 26) может быть представлен в зависимости от частоты ( ) в
табл. 3
Данные в табл. 3 для
получены на основании многочисленных опытных данных, проведенных для выбранного варианта акустической камеры. При этом время реверберации колебалось в пределах от 2,0 до 0,4 сек. в зависимости от частоты.
Время реверберации, полученное опытным путем, может быть проверено по следующей зависимости
, сек;($9)
где у- объем КНУ, м3;
Нерп средний коэффициент поглощения для данной полосы частот; F - суммарная поверхность ограждающих поверхностей, м2;
- коэффициент поглощения звука в воздухе, в зависимости от относительной влажности.
Изложенная выше методика обработки опытных данных позволила произвести качественный анализ конструкции стенки кабины, в структуре которой были применены различные материалы.
Выводы
- Предлагаемые объекты, стенды и аппаратура для экспериментальных исследований позволили изучить следующие факторы:
а) распределение температур по линейным размерам кабины при работе тепловозов в различных климатических условиях;
б) влияние солнечной радиации, скорости движения тепловоза на температурный режим в кабине машиниста;
в) влияние угла наклона передних стекол на температуру в кабине тепловоза;
г) выбор структуры ограждения, а также факторы, влияющие на теплообмен кабины с окружающей средой;
д) выбор материалов и конструкции ограждения кабины машиниста, имеющие требуемые теплошумоизоляционные свойства.
- Принятые режимы экспериментальных исследований позволят в широком диапазоне температур изучить теплообмен кабины машиниста, наметить возможные пути снижения потерь тепла ограждением в окружающую среду при работе в зимних условиях, а в летних - уменьшить теплопритоки за счет солнечной радиации, повышенной температуры окружающей среды и т.д.
- Анализ приведенных методик обработки опытных данных даст возможность установить зависимости между факторами, влияющими на температурный режим в кабине машиниста.